Перспективы добычи ресурсов на астероидах

 https://universemagazine.com/wp-content/uploads/2018/10/zaglushka-e1538748301621.png
Володимир Манько

Уже в середине XIX века специалисты начали понимать, что количество полезных ископаемых на Земле ограничено. Тогда многие ученые предполагали исчерпание имеющихся месторождений к концу тысячелетия и последующий «глобальный ресурсный кризис». Они не учли технологического прогресса, благодаря которому мы сейчас можем использовать месторождения, ранее считавшиеся слишком бедными (или вообще не рассматривались как источник ресурсов — вроде сланцевых залежей нефти и газа). Но и они при современных темпах развития будут исчерпаны максимум за сотню лет. И тогда человечество будет вынуждено воздеть свой взгляд к небу.

Идею добывать «небесные полезные ископаемые» озвучил еще известный французский писатель-фантаст Жюль Верн. В своей повести «В погоне за метеором» он описал открытие вблизи Земли небольшого космического тела, состоявшего из почти чистого золота. Писатель сумел предвидеть даже отдельные пункты еще не сформулированной Теории относительности. Гениальный ученый Зефирен Ксирдаль с помощью генератора гравитационных волн изменяет орбиту астероида, который в конце концов падает в безлюдном уголке Гренландии…

Сегодня многие выдумки Жюля Верна постепенно воплощаются в жизнь. Правда, управлять гравитацией люди еще не умеют, но методы изменения орбит небесных тел путем освещения их мощным лазером уже разрабатываются. Конечно, не для того, чтобы какое-нибудь из этих тел упало на Землю, а как раз наоборот — чтобы избежать опасного столкновения. Но в отдаленном будущем, когда человечество научится точно рассчитывать движение объектов в космическом пространстве и влиять на него, какой-либо из этих методов можно будет применить, чтобы «сбросить» особо ценный астероид в необитаемые районы одной из земных пустынь.

Что мы ищем на астероидах

В далеком прошлом планеты земной группы прошли так называемую гравитационную дифференциацию — тяжелые химические элементы, входившие в их первоначальный состав, постепенно опустились в направлении планетного ядра, а более легкие сконцентрировались в коре. Поэтому, например, золото и металлы платиновой группы встречаются на земной поверхности достаточно редко, из-за чего имеют высокую стоимость. В ядре их концентрация значительно больше, но как их добыть с глубины тысяч километров?

Один из вариантов миссии ARM, разрабатывавшейся NASA, предусматривал отправку к «пойманному» астероиду пилотируемого корабля Orion. Астронавты должны были высадиться на поверхность малого тела и изучать его в течение нескольких дней. Источник: NASA

На ранних стадиях эволюции Солнечной системы подобную дифференциацию пережили также более мелкие планетоподобные объекты, двигавшиеся за пределами орбиты Марса. Последующие миграции планет-гигантов заставили эти объекты хаотично изменять свои траектории и сталкиваться между собой. В результате этих процессов образовался Главный пояс астероидов. Часть их представляет собой обломки почти сформировавшихся протопланет, уже имевших легкую алюмосиликатную кору и металлическое ядро. И сейчас некоторые из этих ядер движутся вокруг Солнца в почти «обнаженном» виде, предоставляя доступ к ценным химическим элементам, на Земле залегающим глубоко в недрах.

Еще одно важное свойство «космических ресурсов» заключается в том, что соотношение изотопов — атомов одного и того же химического элемента с разным количеством нейтронов и, соответственно, разной атомной массой — на малых телах Солнечной системы существенно отличается от земных показателей. В основном в космосе присутствуют легкие изотопы. С учетом прогресса в ядерной физике этот фактор тоже может стать важной причиной начала добычи внеземных ресурсов.

Наземные испытания механизма захвата небольшого астероида, который планировали установить на космическом аппарате ARM, проходили в Центре космических полетов им. Годдарда (Гринбелт, штат Мэриленд). Источник: NASA

Практически все проекты добычи полезных ископаемых на астероидах предусматривают отправку к ним специализированного космического аппарата, который, используя солнечную энергию и буровые установки, «извлечет» нужные минералы и доставит их на Землю — самостоятельно или загрузив в отдельное устройство с собственной системой управления, предназначенное для входа в земную атмосферу с последующей мягкой посадкой. Несколько иная стратегия предполагалась в начатой по инициативе президента США Барака Обамы миссии ARM (Asteroid Redirect Mission): необходимо было найти сравнительно небольшой «небесный камень», движущийся по орбите вблизи земной, «присоединить» к нему электрореактивный двигатель и оттранспортировать в окрестности нашей планеты. Но эта миссия имела скорее исследовательский характер, и в 2017 году по решению администрации нового президента Дональда Трампа NASA от нее отказалась.

Кто полетит за «небесными камнями»

С разработкой внеземных ресурсов сложилась интересная ситуация. Ни одно из крупных государственных космических агентств не объявляло о намерениях ею заниматься, но это уже сделали с десяток частных компаний (преимущественно американских). Это, среди прочих, Asteroid Mining Corporation Ltd., Planetoid Mines Company, NEO Resource Atlas (NEORA), Moon Express, Kleos Space, TransAstra, OffWorld, Aten Engineering, Air Space and Beyond (ASB), а также Planetary Resources и Deep Space Industries. Про две последние стоит рассказать подробнее.

Planetary Resources была основана в 2009 году под названием Arkyd Astronautics американскими инженерами и предпринимателями Эриком Андерсоном и Питером Диамандисом (Eric Anderson, Peter Diamandis). По их замыслу поиск полезных ископаемых на астероидах должен начаться с проведения дистанционного осмотра потенциально достижимых объектов с помощью малых телескопов, размещенных на околоземных орбитах. Развертывание «созвездия» таких телескопов уже началось. Правда, запуск первого прототипа Arkyd-100, осуществленный в октябре 2014 года, завершился аварией. Второй космический аппарат этой серии в апреле 2015-го был доставлен на Международную космическую станцию ​​грузовым кораблем Dragon компании SpaceX и позже выведен на самостоятельную орбиту. В начале 2018 года был запущен еще один сателлит, получивший номер Arkyd 6. Сбор средств на строительство телескопов осуществлялся, между прочим, на сайте для пожертвований Kickstarter. В том же году Planetary Resources перешла в собственность компании ConsenSys.

Проект космического аппарата для добычи полезных ископаемых на астероидах. Источник: Deep Space Industries

Значительно более высокой активностью, но меньшим перечнем достижений, может похвастаться Deep Space Industries, основанная в 2013 году. Среди ее руководителей есть и известный американский бизнесмен, энтузиаст «нового космоса» Рик Тамлинсон (Rick Tumlinson). Он уже не раз приезжал в Украину, изучая возможность использования украинского опыта в ракетостроении для поисков и добычи космических ресурсов. На данный момент компания еще не осуществила ни одного запуска, но активно занимается разработкой высокоэффективных ракетных двигателей и систем управления для автоматических «астероидокопателей». Один из этих двигателей сможет использовать воду в качестве рабочего тела без ее предварительного разложения на кислород и водород (и, соответственно, без тяжелых криогенных топливных баков).

Стратегия компании предусматривает преимущественное использование добытых ресурсов «на месте», то есть в качестве топлива для ракетных двигателей и для жизнеобеспечения экипажей межпланетных кораблей или жителей внеземных поселений (во избежание сложного и энергетически затратного «подъема» необходимых материалов с Земли). Важнейшим веществом в космосе с этой точки зрения является вода. Но постепенно, по мере увеличения количества таких поселений и развития «межпланетного флота», появится возможность заниматься поисками других «космических ценностей».

Так в представлении художника выглядит строительство космической станции для добычи астероидных ресурсов, разрабатываемой компанией Deep Space Industries. Источник: Deep Space Industries

1 января 2019 года было подписано соглашение о продаже Deep Space Industries европейской компании Bradford Space. С тех пор информации о ее активности в открытых источниках существенно поубавилось. Во всяком случае, о дате запуска компанией хотя бы экспериментального космического аппарата пока не сообщалось.

Перспективные цели

Если частные компании еще только «прицеливаются» к потенциальным источникам внеземных ресурсов, астрономы ищут их уже давно — прежде всего как цели исследовательских миссий, финансируемых государственными космическими агентствами. Одним из главных критериев является близость орбиты астероида к земной, что позволяет отправить к нему автоматический аппарат с минимально возможными затратами топлива. Но не менее важными считаются и физические характеристики объекта, которые могут свидетельствовать о его составе.

Так художник NASA изобразил приближение космического аппарата NEAR к астероиду Эрос. Источник: NASA

Когда в 90-е годы NASA планировала миссию NEAR (Near-Earth Asteroid Rendezvous) к какому-то из астероидов, способных достаточно близко подлетать к Земле, в качестве одной из целей был выбран полукилометровый Нерей (4660 Nereus). Его перигелий лежит слегка внутри земной орбиты, а в афелии он «залетает» в Главный астероидный пояс, удаляясь от Солнца более чем на 300 млн км. В феврале 2060 года он подойдет к нам на расстояние 1,2 млн км (во время сближения в декабре 2021-го минимальное расстояние до него было примерно втрое больше). Спектральные свойства Нерея указывают на то, что в его состав входит значительное количество металлов — преимущественно железа и никеля. Обычно подобные тела содержат и такой ценный химический элемент, как иридий, принадлежащий к группе платиновых металлов. В конечном счете целью миссии стал 30-километровый Эрос (433 Eros), имеющий более «удобную» орбиту, но менее интересный состав.

25 октября 2011 года в ходе осмотра неба автоматизированной системой PanSTARRS астрономы обнаружили слабый астероид, получивший предварительный индекс 2011 UW158 (после уточнения орбиты ему дали постоянный номер 436724). Он может приближаться к Земле на расстояние меньше среднего радиуса лунной орбиты. Во время пролета 19 июля 2015-го, когда этот объект приблизился к нам на 2,4 млн км, была проведена его радиолокация. Ученых заинтересовал тот факт, что при размерах примерно 300 м и довольно вытянутой форме астероид делает один оборот вокруг оси всего за 37 минут. Следовательно, он должен быть цельным куском металла — при другом составе его давно бы уже разорвало центробежными силами. В то же время характеристики отраженного радиолуча свидетельствовали о том, что это тело содержит значительное количество платины. Ее общая стоимость может достигать нескольких триллионов долларов. Компания Planetary Resources сразу включила 2011 UW158 в список первоочередных целей своих миссий.

Радарное изображение астероида 2011 UW158. Источник: NASA

Развитие космической техники позволит совершать путешествия не только к близким астероидам, но и к «жителям» Главного пояса, до которых добраться значительно труднее. NASA уже работает над организацией миссии к «железному астероиду» Психее (16 Psyche) — скорее всего, этот 200-километровый объект массой почти 24 квадриллиона тонн представляет собой обломок металлического ядра небольшой протопланеты. В будущем он может стать весомым источником металлов для покорителей космоса, а содержащиеся в нем ценные элементы можно будет отправлять на Землю.

Конечно, для добычи сырья на металлических астероидах придется разработать более совершенные инструменты, способные эффективно и с минимальными потерями отделять фрагменты «небесного камня» или сразу перерабатывать их в состояние, удобное для транспортировки к месту назначения (на Землю или в колонию на каком-либо небесном теле). Самым доступным источником энергии для всех этих манипуляций еще долго будет оставаться Солнце: радиоизотопные термоэлектрогенераторы слишком дорого стоят и вызывают риск радиоактивного загрязнения, а компактные установки для термоядерного синтеза существуют лишь на страницах фантастических рассказов. Следует также отметить, что создание большей части описанной техники находится еще на стадии эскизных проектов. Но работа в этом направлении продолжается, причем, как уже отмечалось выше, в основном ею заняты негосударственные компании.

«Приватизация» астероидов

Законодательной базой для осуществления деятельности за пределами земной атмосферы сейчас является «Договор о космосе» (Outer Space Treaty), подписанный США, СССР и Великобританией в 1967 году. По состоянию на середину 2019-го к нему официально присоединились 109 стран. Этот договор, в частности, запрещает государствам-участникам размещать ядерное или иное оружие массового уничтожения на околоземной орбите, Луне, любом небесном теле или на станции в космическом пространстве. Он также ограничивает использование Луны и других небесных тел исключительно мирными целями, запрещая проводить там испытания любых видов оружия. В договоре указано, что ни одна страна не может предъявлять претензии на обладание космическим телом натурального происхождения или его частью, а суверенитет государств распространяется только на непосредственно запущенные ими космические объекты.

Подписание «Договора о принципах, регулирующих деятельность государств в области разведки и использования космического пространства, включая Луну и другие небесные тела» (более известного как «Договор о космосе»). Источник: thespacereview.com

Ситуация меняется, если хоть крохотный фрагмент небесного тела попадает в космический аппарат. Тогда он фактически становится частью последнего, и на него можно распространить принципы защиты права собственности. Такими соображениями руководствовались законодатели, разрабатывая закон, разрешающий американским компаниям заниматься добычей сырья в космическом пространстве. Согласно ему, правительство США не имеет права конфисковывать добытое кем-либо внеземное вещество. Дополнительно предпринимателей, работающих в этой отрасли, до 2023 года освободили от некоторых налогов и проверок, что должно стимулировать инвестиционную активность в данном направлении. Новый закон Барак Обама подписал 26 ноября 2015 года.

Примеру Соединенных Штатов последовало не так уж много стран. Среди тех, кто это уже сделал, стоит упомянуть Великое Герцогство Люксембург — в феврале 2016 года его правительство объявило, что приложит максимум усилий, чтобы «запустить промышленный сектор для добычи… ресурсов в космосе» (в том числе путем создания «правовой базы» и нормативных стимулов для профильных компаний). В июне того же года государство объявило о намерениях «инвестировать более 200 млн долларов США в исследования, демонстрацию технологий и прямую покупку акций [частных космических] компаний, переезжающих в Люксембург». В подтверждение этих намерений 3 ноября 2016 года люксембургский вице-премьер Этьен Шнайдер (Etienne Schneider) подписал инвестиционное соглашение на сумму 25 млн евро с президентом компании Planetary Resources Крисом Левицки (Chris Lewicki). Деньги будут потрачены на создание и запуск космического телескопа для фотосъемки астероидов в инфракрасном диапазоне с целью поиска на них водяного льда и водосодержащих минералов.

В 2017 году Люксембург, по сообщению правительственной пресс-службы, стал «первой европейской страной, внедрившей закон, который предоставляет компаниям право собственности на произвольные ресурсы, добытые в космосе», и в дальнейшем продолжил активно продвигать государственную политику в области космических ресурсов. Надеемся, что его пример вдохновит другие государства планеты, прежде всего — обладающие ракетно-космическими технологиями.

Сложно сказать, когда жители нашей планеты смогут прикоснуться к первым «небесным минералам», добытым на астероидах. Возможно, это произойдет уже в ближайшее десятилетие. Если же говорить о масштабной промышленной добыче с целью снабжения земных предприятий — это, безусловно, дело более отдаленного будущего. Но первые шаги к нему делаются уже сегодня, и тот факт, что астероидными ресурсами собираются заниматься частные компании, убедительно свидетельствует в пользу перспективности этого направления космонавтики.

Только самые интересные новости и факты в нашем Telegram-канале!
Присоединяйтесь: https://t.me/ustmagazine